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JP2827566B2 - Alignment apparatus, exposure apparatus, and method of manufacturing semiconductor device using the same - Google Patents
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JP2827566B2 - Alignment apparatus, exposure apparatus, and method of manufacturing semiconductor device using the same - Google Patents

Alignment apparatus, exposure apparatus, and method of manufacturing semiconductor device using the same

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JP2827566B2
JP2827566B2 JP3093622A JP9362291A JP2827566B2 JP 2827566 B2 JP2827566 B2 JP 2827566B2 JP 3093622 A JP3093622 A JP 3093622A JP 9362291 A JP9362291 A JP 9362291A JP 2827566 B2 JP2827566 B2 JP 2827566B2
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
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    • G03F9/7088Alignment mark detection, e.g. TTR, TTL, off-axis detection, array detector, video detection

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子製造用に好適
な位置合わせ装置、露光装置、及びそれらを用いた半導
体素子の製造方法に関し、特にウエハと共役関係にある
レチクルと同期をとった受信手段との相対的位置合わせ
をウエハ面上に設けた異なった線幅をもつ複数のアライ
メントマークからの信号を時間的又は空間的に複数回計
測すると共に、該アライメントマークの3次元構造に基
づく計測誤差を捉えることにより高精度に行うことので
きる位置合わせ装置、露光装置、及びそれらを用いた半
導体素子の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positioning apparatus and an exposure apparatus suitable for manufacturing semiconductor devices, and a method for manufacturing semiconductor devices using them, and more particularly, to a receiving apparatus synchronized with a reticle having a conjugate relationship with a wafer. Signals from a plurality of alignment marks having different line widths provided on the wafer surface for relative alignment with the means are measured a plurality of times or spatially, and the measurement based on the three-dimensional structure of the alignment marks The present invention relates to an alignment apparatus, an exposure apparatus, and a method of manufacturing a semiconductor device using the alignment apparatus and the exposure apparatus, which can be performed with high accuracy by capturing an error.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体素子の回路パターンの微細
化の要求に伴い、半導体素子製造用の露光装置において
はレチクルとウエハとの高精度な相対的位置合わせが要
求されている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the demand for miniaturization of a circuit pattern of a semiconductor device, an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device has been required to have a highly accurate relative alignment between a reticle and a wafer.

【0003】従来の露光装置における位置合わせ方法の
うちウエハ面上の格子マークからの回折光を利用したも
のが種々と提案されている。
[0003] Among the conventional alignment methods in an exposure apparatus, various methods have been proposed which utilize diffracted light from a grating mark on a wafer surface.

【0004】例えばヘテロダイン光学系を利用した方法
(応用物理学会1989年秋、予稿集50秋29a−L
−2(馬込等))や画像情報を利用した方法(特開平2
−206706号公報)等がある。後者の特開平2−2
06706号公報で提案している画像情報を利用した位
置合わせ方法では、位置合わせ用(アライメント用)の
ウエハマークをウエハ面上に溝又は段差を形成して構成
している。そして、その面上に露光を行なう為の透明な
薄膜の感光材(レジスト)をウエハマークを含めたウエ
ハ全面に塗布している。
For example, a method using a heterodyne optical system (The Japan Society of Applied Physics Fall 1989, Proceedings 50 Fall 29a-L)
-2 (magome etc.)) and a method using image information (Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
-206706). JP-A-2-2-2 of the latter
In an alignment method using image information proposed in JP-A-06706, a wafer mark for alignment (for alignment) is formed by forming a groove or a step on a wafer surface. Then, a transparent thin film photosensitive material (resist) for performing exposure on the surface is applied to the entire surface of the wafer including the wafer mark.

【0005】図19は特開平2−206706号公報で
提案している位置合わせ装置の要部概略図である。
FIG. 19 is a schematic view of a main part of a positioning device proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-206706.

【0006】同図においては従来の露光装置と同様に照
明装置ILからの露光光により照明されたレチクルR面
上の電子回路パターンを投影レンズ1によりウエハステ
ージST上に載置したウエハW面上に縮少投影し、露光
転写している。
In FIG. 1, an electronic circuit pattern on a reticle R surface illuminated by exposure light from an illumination device IL is projected on a wafer W surface mounted on a wafer stage ST by a projection lens 1 in the same manner as in a conventional exposure device. The image is reduced and projected and transferred.

【0007】そしてこのときの位置合わせは直線偏光の
He−Neレーザー(波長λ)2から放射される露光光
とは異った波長の光束を音響光学素子(AO素子)26
に入射させ、このAO素子26によりミラー21へ向う
光の光量を制御し、例えばある状態で完全に光を遮断す
る。そして2軸に回転制御可能なミラー21で反射させ
F−θレンズ22に入射させている。そして偏光ビーム
スプリッター5で反射させ、λ/4板6、レンズ7、ミ
ラー8そして投影レンズ1によりウエハW面上のウエハ
マークGW´をインコヒーレントな光束で照明してい
る。
At this time, alignment is performed by using a light beam having a wavelength different from the exposure light emitted from the linearly polarized He-Ne laser (wavelength λ) 2 as an acousto-optic device (AO device) 26.
The AO element 26 controls the amount of light traveling toward the mirror 21 and completely shuts off the light in a certain state, for example. The light is reflected by a mirror 21 whose rotation can be controlled in two axes, and is incident on an F-θ lens 22. The light is reflected by the polarization beam splitter 5, and the λ / 4 plate 6, the lens 7, the mirror 8, and the projection lens 1 illuminate the wafer mark GW 'on the surface of the wafer W with an incoherent light beam.

【0008】図20(A),(B)は図19のウエハマ
ークGW´の平面図と断面概略図である。図中RESは
レジスト、WEFはウエハ基板を示している。LWはウ
エハマークの格子ピッチである。
FIGS. 20A and 20B are a plan view and a schematic sectional view of the wafer mark GW 'of FIG. In the figure, RES indicates a resist, and WEF indicates a wafer substrate. LW is the grating pitch of the wafer mark.

【0009】このときの照明光は投影レンズ1、レンズ
22、7で構成される光学系の瞳面に、例えば図21
(A)に示すようなインコヒーレントな有効光源をAO
素子26による光量制御及びミラー21を回転制御して
実効的に形成している。
At this time, the illumination light is applied to a pupil plane of an optical system composed of the projection lens 1,
An incoherent effective light source as shown in FIG.
The light amount is controlled by the element 26 and the rotation of the mirror 21 is controlled to form the mirror 21 effectively.

【0010】ここで図21(A)のX2,Y2は瞳面上
での座標であり、照明光のウエハW面に対する入射光の
分布を表わしている。その照明分布は、ウエハマークG
W´を回折格子として見立てたときの0次光に相当する
範囲であり、その範囲のみを照明するように、回転ミラ
ー21とAO素子を制御している。斜線部が照明範囲を
示す。点線がいわゆる0次光190、1次光191、2
次光192、3次光193を示している。図21(C)
がウエハWを回折格子としたときの回折光の分布であ
る。
Here, X2 and Y2 in FIG. 21A are coordinates on the pupil plane, and represent the distribution of illumination light incident on the wafer W surface. The illumination distribution is based on the wafer mark G
The rotation mirror 21 and the AO element are controlled so as to illuminate only the range corresponding to the zero-order light when W 'is regarded as a diffraction grating. The shaded area indicates the illumination range. Dotted lines indicate so-called zero-order light 190, first-order light 191, 2
The order light 192 and the order light 193 are shown. FIG. 21 (C)
Is a distribution of diffracted light when the wafer W is used as a diffraction grating.

【0011】ウエハW面上のウエハマークGW´からの
光束は投影レンズ1を通過した後、順次ミラー8、レン
ズ7、λ/4板6、偏光ビームスプリッター5、レンズ
9そしてビームスプリッター10を介し位置Aにウエハ
マークGW´の空中像を形成している。
A light beam from the wafer mark GW 'on the surface of the wafer W passes through the projection lens 1 and then passes through a mirror 8, a lens 7, a λ / 4 plate 6, a polarizing beam splitter 5, a lens 9, and a beam splitter 10 in sequence. An aerial image of the wafer mark GW 'is formed at the position A.

【0012】その空中像は更にフーリエ変換レンズ23
を介しストッパー32によってウエーハマークGW´か
らの反射光のうちウエーハ上での角度が±sin-1(λ
/LW)に相当する光束だけを透過させ、フーリエ変換
レンズ24を介し固体撮像素子11にウエーハマークG
W´の像を結像している。図21(B)で斜線部がスト
ッパー32の透過部分となっている。即ち、ウエハWに
対して図6のように0次光を入射して±1次光を取り込
むようにしている。
The aerial image is further converted to a Fourier transform lens 23.
The angle of the reflected light from the wafer mark GW 'on the wafer by the stopper 32 is ± sin -1
/ LW), and transmits the wafer mark G to the solid-state imaging device 11 via the Fourier transform lens 24.
The image of W 'is formed. In FIG. 21B, a hatched portion is a transparent portion of the stopper 32. That is, as shown in FIG. 6, zero-order light is incident on the wafer W, and ± first-order light is taken in.

【0013】一方、He−Neレーザ2からの波長と異
なる波長を放射するLED等の光源12からの光束をコ
ンデンサーレンズ13により集光し、基準マスク14面
上に形成されている基準マークGS´を照明している。
そして基準マークGS´からの光束を反射し、LED1
2からの光束を反射し、He−Neレーザ2からの光束
を透過させるように構成したビームスプリッタ10を介
し、A面上に基準マークGS´の空中像を形成してい
る。その後、A面上の空中像はウエハマークGW´の像
と同様にCCD11面上に結像している。
On the other hand, a light beam from a light source 12 such as an LED, which emits a wavelength different from the wavelength from the He-Ne laser 2, is condensed by a condenser lens 13, and a reference mark GS 'formed on the surface of a reference mask 14 is formed. Lighting.
Then, the light beam from the reference mark GS ′ is reflected, and the LED 1
An aerial image of the reference mark GS ′ is formed on the A plane via the beam splitter 10 configured to reflect the light beam from the He.Ne laser 2 and transmit the light beam from the He—Ne laser 2. Thereafter, the aerial image on the surface A is formed on the surface of the CCD 11 similarly to the image of the wafer mark GW '.

【0014】基準マークGS´は図22(A)に示すよ
うにCCD11面上でウエハマークGW´のピッチLW
と同一ピッチとなるように設定されたピッチLS´の格
子パターンより成っている。図22(A)において斜線
部が透明領域でその他が不透明領域となっている。
The reference mark GS 'has a pitch LW of the wafer mark GW' on the CCD 11 surface as shown in FIG.
And a lattice pattern having a pitch LS ′ set to be the same as the pitch. In FIG. 22A, a hatched portion is a transparent region and the others are opaque regions.

【0015】次に図19に示す位置合わせ方法を図23
のフローチャート図により説明する。
Next, the positioning method shown in FIG.
This will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0016】まずSTEP0で初期状態として、レチク
ルRと位置合わせ装置(例えばCCD11)の位置関係
は既に位置合わせを行なっており、レチクルR上の座標
原点と基準マークGS´の中心とは対応が既に付いてい
る。ウエハWは数ミクロンメータのオーダの精度でHe
−Neレーザ2からのレーザ光を照射したとき、ウエハ
マークGW´が撮像装置11上所定の位置に撮像される
ように、ウエハステージSTを駆動して位置合わせ装置
内の所定の位置に既に存在している。
First, in the initial state in STEP 0, the positional relationship between the reticle R and the positioning device (for example, the CCD 11) has already been aligned, and the coordinate origin on the reticle R and the center of the reference mark GS 'have already corresponded. attached. The wafer W is made of He with an accuracy on the order of several micrometers.
When the laser beam from the Ne laser 2 is irradiated, the wafer stage ST is driven so that the wafer mark GW 'is already present at a predetermined position in the alignment device so that the wafer mark GW' is imaged at a predetermined position on the imaging device 11. doing.

【0017】STEP1で、LED光源12を照射さ
せ、基準マーク像GS´を撮像装置11上に形成する。
形成された像は、図22(B)のようになる。そこで撮
像装置11の電気信号をA/D変換装置27によって2
次元の配列に置き換えた後、処理窓ESを設け、図中y
方向に画素積算させ、1次元配列図22(C)にし、画
面中心を原点としてFFT(高速フーリエ変換)を行な
い、基本周波数に対応する画面中心からのずれ量を計測
し、位置合わせ装置に固定してある基準マークGS´と
撮像装置11との位置を決定する。
In STEP 1, the LED light source 12 is irradiated to form a reference mark image GS 'on the imaging device 11.
The formed image is as shown in FIG. The A / D converter 27 converts the electric signal of the imaging device 11 into 2
After the replacement with the dimension array, a processing window ES is provided and y
Pixels are integrated in the direction, and a one-dimensional array diagram 22 (C) is obtained, FFT (Fast Fourier Transform) is performed with the center of the screen as the origin, the amount of deviation from the center of the screen corresponding to the fundamental frequency is measured, and fixed to the alignment device. The position between the reference mark GS ′ and the imaging device 11 is determined.

【0018】STEP2で、He−Neレーザ2を照射
させ、上記の経路を経て、ウエハマーク像を撮像装置1
1上に形成する。形成された像は、図20(C)のよう
になる。そこで撮像装置11の電気信号をA/D変換装
置27によって2次元の配列に置き換えた後、処理窓E
Sを設け、図20(C)のy方向に画素積算させ、1次
元配列図20(D)にし、画面中心を原点としてFFT
(高速フーリエ変換)を行ない、基本周波数に対応する
画面中心からのずれ量を計測し、ウエハマークGW´と
撮像装置11との位置を決定する。
In STEP 2, a He-Ne laser 2 is irradiated, and a wafer mark image is formed on the imaging device 1 through the above-described path.
1. The formed image is as shown in FIG. Then, after the electric signal of the imaging device 11 is replaced by the A / D converter 27 into a two-dimensional array, the processing window E
S is provided, pixels are integrated in the y direction in FIG. 20 (C), and a one-dimensional array diagram 20 (D) is obtained.
(Fast Fourier Transform) is performed to measure the amount of deviation from the center of the screen corresponding to the fundamental frequency, and the position of the wafer mark GW ′ and the imaging device 11 is determined.

【0019】STEP3において、位置合わせ装置とウ
エハWとの位置ずれをレチクルRとの座標に換算し、位
置合わせ制御装置29によって露光時の所定の位置にウ
エハステージSTを駆動して位置合わせを終える。
In STEP 3, the positional deviation between the alignment device and the wafer W is converted into coordinates with the reticle R, and the alignment controller 29 drives the wafer stage ST to a predetermined position during exposure to complete the alignment. .

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】ウエハ面上のアライメ
ントマーク(ウエハマーク)の像はその面上に塗布され
たレジストの塗布ムラやアライメントマークの3次元構
造の非対称性の影響を受けて歪んで観察されることが知
られている。これによりアライメントマークの位置検出
を行なう際に測定誤差、所謂ダマサレを起こし、位置合
わせ精度を低下させる原因となっている。
The image of the alignment mark (wafer mark) on the wafer surface is distorted by the influence of uneven coating of the resist applied on the surface and the asymmetry of the three-dimensional structure of the alignment mark. It is known to be observed. This causes a measurement error, so-called damascene, when detecting the position of the alignment mark, which causes a reduction in the alignment accuracy.

【0021】特に半導体素子製造工程において金属化合
物をスパッタリング等を用いて蒸着した後のウエハ表面
にレジストを塗布する工程においてはアライメントマー
ク近傍のレジストの塗布ムラによる起伏形状からくるダ
マサレが深刻な問題点となっている。
Particularly, in a process of applying a resist on a wafer surface after a metal compound is vapor-deposited by sputtering or the like in a semiconductor element manufacturing process, serious damage caused by unevenness due to uneven coating of the resist near an alignment mark is a serious problem. It has become.

【0022】一方、前記の金属化合物を蒸着する工程に
おけるレジスト層によるダマサレの原因は金属化合物の
高反射率の為、薄膜干渉の屈折率の波長依存性から生じ
るものは少なく、レジストの塗布ムラによる幾何光学的
現象によるものの影響の方が大きい。
On the other hand, damasare caused by the resist layer in the step of depositing the metal compound is rarely caused by the wavelength dependence of the refractive index of the thin film interference due to the high reflectance of the metal compound, and is caused by unevenness in application of the resist. The influence of geometric optics is greater.

【0023】図24(A),(B)はこのときの現象を
示す光路図である。図24(A)はウエハの位置合わせ
用のアライメントマーク近傍の断面図である。
FIGS. 24A and 24B are optical path diagrams showing the phenomenon at this time. FIG. 24A is a cross-sectional view near the alignment mark for aligning the wafer.

【0024】図中WEFはウエハ、RESはレジスト、
AIRは空気層である。RAY1,RAY2は観察光の
うちの一光線の光路を示している。ALMはアライメン
トマークの溝部である。レジスト表面RESaの局所的
変化(起伏形状)によって光線RAY1,RAY2の屈
折方向が大きく変化している。
In the figure, WEF is a wafer, RES is a resist,
AIR is the air layer. RAY1 and RAY2 indicate the optical path of one ray of the observation light. ALM is a groove of the alignment mark. The refraction directions of the light rays RAY1 and RAY2 are largely changed by a local change (undulation shape) of the resist surface RESa.

【0025】ウエハ表面WEFaの反射率が大きいとき
においてはレジスト表面RESaでの反射光とウエハ表
面WEFaでの反射光との干渉効果は幾何光学的効果に
比較して十分小さいと考えられる。
When the reflectivity of the wafer surface WEFa is high, it is considered that the interference effect between the reflected light on the resist surface RESa and the reflected light on the wafer surface WEFa is sufficiently smaller than the geometrical optical effect.

【0026】図24(B)は同図(A)に対応する観察
光の光強度の分布説明図である。レジスト表面RESa
の局所的変化に伴ってアライメントマーク像が横ズレを
起して観察されている。このことは照明光の白色化、あ
るいは照明光の波長の適正化によっては取り除けない。
FIG. 24B is an explanatory view of the distribution of the light intensity of the observation light corresponding to FIG. Resist surface RESa
The alignment mark image is observed to be shifted laterally due to the local change of the mark. This cannot be removed by whitening the illumination light or optimizing the wavelength of the illumination light.

【0027】一方、ウエハマークの形状とレジスト表面
の起伏との間には一定の関係があることが知られてい
る。L.E.StillwagonとR.G.Larson等によればウエハマー
クの線幅が広い程、レジスト表面の平坦度が悪くなり、
逆に線幅が狭い程レジスト表面の平坦度が良くなってく
ると言われている。(SPIE,Vol,920,P312 〜320,198
8)。
On the other hand, it is known that there is a certain relationship between the shape of the wafer mark and the undulation of the resist surface. According to LEStillwagon and RGLarson, etc., the wider the line width of the wafer mark, the worse the flatness of the resist surface becomes,
Conversely, it is said that the narrower the line width, the better the flatness of the resist surface. (SPIE, Vol, 920, P312 ~ 320,198
8).

【0028】尚、ここでレジスト表面の平坦度Pとは次
式によって定義されている。
Here, the flatness P of the resist surface is defined by the following equation.

【0029】今、ウエハマークの中心にレジスト厚をW
D1、ウエハマークから遠く離れた位置でのレジスト厚
をWD2、ウエハマークの段差厚をWD3としたとき
Now, the resist thickness is set at W at the center of the wafer mark.
D1, when the resist thickness at a position far from the wafer mark is WD2, and the step thickness of the wafer mark is WD3

【0030】[0030]

【数1】 である。(Equation 1) It is.

【0031】これよりウエハマークの線幅がゼロになる
極限でレジスト表面の平坦度Pは最大となることがわか
る。
From this, it can be seen that the flatness P of the resist surface becomes maximum at the limit where the line width of the wafer mark becomes zero.

【0032】このように線幅が狭くなれば狭くなる程、
レジスト表面の平坦度は高くなり、ウエハマーク近傍に
おける局所的起伏は小さくなる。即ちダマサレ量の少な
い位置合わせ信号が得られる。
As described above, the narrower the line width becomes, the more the line width becomes smaller.
The flatness of the resist surface is increased, and the local undulation near the wafer mark is reduced. That is, a positioning signal with a small damascene amount can be obtained.

【0033】図25はウエハマークの線幅に対応する観
察光の光強度の分布説明図である。同図(A)に示すよ
うに線幅が広いとレジスト表面RESaに平坦度は悪化
し、同図(B)に示すように中心位置x0 に対するダマ
サレ量Δx1 が大きい。
FIG. 25 is an explanatory diagram of the distribution of the light intensity of the observation light corresponding to the line width of the wafer mark. If the line width is wide as shown in FIG. 7A, the flatness of the resist surface RESa deteriorates, and the damascene amount Δx 1 with respect to the center position x 0 is large as shown in FIG.

【0034】これに対して同図(C)に示すように線幅
が狭くなるとレジスト表面RESaの平坦度は良くな
り、同図(D)に示すように中心位置x0 に対するダマ
サレ量Δx2 は同図(B)に比べて小さくなる。
On the other hand, when the line width is reduced as shown in FIG. 4C, the flatness of the resist surface RESa is improved, and as shown in FIG. 4D, the damascene amount Δx 2 with respect to the center position x 0 is reduced. It is smaller than in FIG.

【0035】又、ウエハ上のレジストはスピンコーティ
ングによって塗布されるため、その塗布条件はウエハ上
のウエハ中心からの距離に依存する。即ち、スピンコー
ティングの際の角速度をωとしたとき、ウエハ中心を原
点とする半径rでの遠心力Fは F∝rω2 で与えられ、レジストに対して外力として効く。これに
よりレジストの塗布むらが生じる。従って、塗布むらに
よるダマサレも半径rの関数になることが知られてい
る。(1990年秋、応用物理学会予稿集,27p−Z
G−16,山下一博他)、いま計測量をf(r)とした
時 f(r)=m×r+f0 ‥‥‥‥(1) となる。ここでf0はウエハの固有の位置ずれ量、ここ
でmをウエハ倍率と呼び、mは上記で示したようにレジ
ストの塗布むらに依存し、即ち線幅wに依存して m(w)=a×w+m0 ‥‥‥‥(2) となる。m0は半導体素子製造過程における熱効果等に
よる実際のウエハの収縮率であり、以下、真のウエハ倍
率と呼ぶ。
Since the resist on the wafer is applied by spin coating, the application condition depends on the distance from the center of the wafer on the wafer. That is, when the angular velocity at the time of spin coating is ω, the centrifugal force F at the radius r with the origin at the center of the wafer is given by F∝rω 2 and acts as an external force on the resist. This causes uneven application of the resist. Therefore, it is known that the damage caused by uneven coating is also a function of the radius r. (Autumn 1990, Proceedings of the Japan Society of Applied Physics, 27p-Z
G-16, Kazuhiro Yamashita et al.) When the measured amount is f (r), f (r) = m × r + f0 ‥‥‥‥ (1). Here, f0 is a unique displacement amount of the wafer, where m is called a wafer magnification, and m depends on the unevenness of resist coating as described above, that is, m (w) = a × w + m0 ‥‥‥‥ (2) m0 is the actual shrinkage of the wafer due to thermal effects and the like in the semiconductor device manufacturing process, and is hereinafter referred to as true wafer magnification.

【0036】測定精度を上げるため(s/n向上のた
め)ウエハ内のウエハマークのウエハ中心からの距離r
の大きく異なる点等で、統計量として母数を増やすこと
が望まれている。
In order to improve the measurement accuracy (to improve s / n), the distance r of the wafer mark in the wafer from the center of the wafer
It is desired to increase the number of parameters as a statistic in such a point as greatly different from the above.

【0037】一般にアライメントマークの線幅の下限値
は露光装置の解像度によって決定され位置合わせにおい
て必要とされる位置合わせ精度を満たすような線幅、即
ちレジスト表面の局所的起伏を無視し得るような狭い線
幅のウエハマークは実現できないという問題点があっ
た。
In general, the lower limit of the line width of the alignment mark is determined by the resolution of the exposure apparatus, and is such a line width that satisfies the alignment accuracy required for alignment, that is, the local undulation of the resist surface can be ignored. There is a problem that a wafer mark with a narrow line width cannot be realized.

【0038】本発明はウエハ面上のアライメントマーク
近傍におけるレジスト表面の起伏形状に基づく位置合わ
せの際の中心位置のダマサレ量を線幅の異なる複数のア
ライメントマークより成るウエハマークを複数個用い、
それより同時又は時間的に隔てて得られる信号を用いる
ことにより補正し、ウエハと撮像手段との位置合わせを
高精度に行なうことができる位置合わせ装置、露光装置
及びそれらを用いた半導体素子の製造方法の提供を目的
とする。
The present invention uses a plurality of wafer marks composed of a plurality of alignment marks having different line widths to determine the amount of damaging at the center position at the time of alignment based on the undulation shape of the resist surface near the alignment mark on the wafer surface.
An alignment apparatus, an exposure apparatus, and a semiconductor device using the same, which can be corrected by using signals obtained at the same time or at a time interval therefrom to perform high-accuracy alignment between the wafer and the imaging means. The purpose is to provide a method.

【0039】[0039]

【課題を解決するための手段】本発明の位置合わせ装置
は、レチクルと同期のとれた受信手段とウエハとを光学
系を介して配置し、双方の相対的位置合わせを行う位置
合わせ装置において、該ウエハ面上には線幅の異なる複
数のアライメントマークより成るウエハマークが複数形
成され、更にその面上にはレジストが塗布されており、
該アライメントマークの線幅とレジスト表面の起伏形状
に起因する該受信手段への光束の入射位置の変化による
位置計測のずれ量との関係式を記録した記録手段が設け
られており、照明系で照明された該ウエハマークを形成
する複数のアライメントマークを該光学系により、該受
信手段面上に同時又は時間的に隔てて導光させ、該受信
手段によって該複数のアライメントマークの位置情報を
同時又は時間的に隔てて抽出し、これを該複数のウエハ
マークについて行い、このとき得られた位置情報と該記
録手段に記録された関係式とを用いて、該レジスト表面
の起伏に起因する位置ずれ誤差を統計的に求め、該位置
ずれ誤差を参照して該ウエハと該受信手段との相対的位
置合わせを行ったことを特徴としている。
SUMMARY OF THE INVENTION A positioning apparatus according to the present invention is a positioning apparatus for arranging receiving means synchronized with a reticle and a wafer via an optical system and performing relative positioning between the two. A plurality of wafer marks composed of a plurality of alignment marks having different line widths are formed on the wafer surface, and a resist is applied on the surface,
Recording means for recording a relational expression between a line width of the alignment mark and a displacement amount of position measurement due to a change in an incident position of the light beam to the receiving means due to the undulating shape of the resist surface is provided. A plurality of alignment marks forming the illuminated wafer mark are guided by the optical system on the receiving means surface at the same time or at a time interval, and the receiving means simultaneously synchronizes the position information of the plurality of alignment marks. Alternatively, extraction is performed at a time interval, the extraction is performed for the plurality of wafer marks, and the position caused by the undulation of the resist surface is obtained by using the obtained positional information and the relational expression recorded in the recording means. A shift error is statistically obtained, and relative positioning between the wafer and the receiving unit is performed with reference to the position shift error.

【0040】この他本発明では、前記複数のアライメン
トマークは回折格子より成り、位置合わせ方向と同一又
は直交する方向に配置されていることや、前記複数のア
ライメントマークのうち1つのアライメントマークは同
一線幅のマークを位置合わせ方向に複数個同一ピッチで
配列されていることを特徴としている。
In addition, in the present invention, the plurality of alignment marks are composed of diffraction gratings, and are arranged in the same direction as or orthogonal to the alignment direction, and one of the plurality of alignment marks is the same. It is characterized in that a plurality of line width marks are arranged at the same pitch in the alignment direction.

【0041】又本発明の露光装置としては、レジストが
塗布されたウエハ上の複数のレリーフ状マークの位置を
光学的に検出し、該位置検出に基づいて該ウエハ上のパ
ターンをマスクの回路パターンに対して位置合わせし、
該回路パターンを介して該ウエハ上のパターンを被うレ
ジストを露光する露光装置において、前記複数のレリー
フ状マークは各々互いに異なる線幅w1 ,w2 を有する
第1,第2位置合わせパターンを備えており、該複数の
レリーフ状マークのうち1つのレリーフ状マークの該第
1,第2位置合わせパターンの各々の位置を同時又は時
間的に隔てて光学的に検出し、第1,第2位置データx
1 ,x2 を発生せしめる手段と、該第1位置合わせパタ
ーンの線幅及び位置データ(w1 ,x1 )と、該第2位
置合わせパターンの線幅及び位置データ(w2 ,x2
とに基づいて線幅wの関数x(w)を求め、該関数x
(w)により線幅w=0のときの位置データx0 を決定
することを該複数のレリーフ状マークについて行う手段
とを有し、このとき得られた複数の位置データの統計的
な値に基づいて前記位置合わせを行うことを特徴として
いる。
The exposure apparatus of the present invention optically detects the positions of a plurality of relief marks on a resist-coated wafer and, based on the position detection, converts the pattern on the wafer into a circuit pattern of a mask. Position with respect to
In an exposure apparatus for exposing a resist covering a pattern on the wafer via the circuit pattern, the plurality of relief-shaped marks form first and second alignment patterns each having a different line width w 1 and w 2. And optically detecting the positions of the first and second alignment patterns of one of the plurality of relief marks at the same time or at a time interval. Position data x
1 , x 2 , a line width and position data (w 1 , x 1 ) of the first alignment pattern, and a line width and position data (w 2 , x 2 ) of the second alignment pattern
And a function x (w) of the line width w is calculated based on
Means for determining the position data x 0 when the line width w = 0 according to (w) with respect to the plurality of relief-shaped marks, wherein the statistical value of the plurality of position data obtained at this time is The above-mentioned alignment is performed on the basis of this.

【0042】又、前述した位置合わせ装置、露光装置、
及びそれらを用いた半導体素子の製造方法としては、レ
ジストが塗布されたウエハ上の複数のレリーフ状マーク
の位置を光学的に検出し、該位置検出に基づいて、該ウ
エハ上のパターンをマスクの回路パターンに対して位置
合わせし、該回路パターンを介して該ウエハ上のパター
ンを被うレジストを露光し、次いで該ウエハ上のレジス
トを現像し、該ウエハから半導体素子を製造する際、前
記複数のレリーフ状マークを各々複数個の線状パターン
で構成し、このうち1つのレリーフ状マークの該複数個
の線状パターンの互いに異なる線幅w1 ,w2 を有する
第1,第2位置合わせパターンの各々の位置を同時又は
時間的に隔てて光学的に検出し、該位置検出に基づいて
該第1位置合わせパターンに対応する第1位置データx
1 と該第2位置合わせパターンに対応する第2位置デー
タx2を形成し、該第1位置合わせパターンの線幅及び
位置データ(w1 ,x1 )と該第2位置合わせパターン
の線幅及び位置データ(w2 ,x2 )とに基づいて線幅
wの関数x(w)を求め、該関数x(w)により線幅w
=0のときの位置データx0 を決定することを該複数の
レリーフ状マークについて行い、このとき得られた複数
の位置データの統計的な値に基づいて前記位置合わせを
行なうことを特徴としている。
Further, the above-described positioning device, exposure device,
And a method of manufacturing a semiconductor device using them, optically detects the positions of a plurality of relief marks on a resist-coated wafer, and based on the position detection, the pattern on the wafer is used as a mask. When aligning with a circuit pattern, exposing a resist covering a pattern on the wafer through the circuit pattern, and then developing a resist on the wafer to manufacture semiconductor elements from the wafer, Are formed of a plurality of linear patterns, and the first and second alignments of the plurality of linear patterns of one relief mark having different line widths w 1 and w 2. Each position of the pattern is optically detected at the same time or at a time interval, and first position data x corresponding to the first alignment pattern is detected based on the position detection.
1 and second position data x 2 corresponding to the second alignment pattern are formed, and the line width and position data (w 1 , x 1 ) of the first alignment pattern and the line width of the second alignment pattern A function x (w) of the line width w is obtained based on the position data (w 2 , x 2 ) and the line width w is calculated by the function x (w).
= Performed for relief-like mark the plurality of determining the position data x 0 of 0, it is characterized by performing the positioning based on the statistical value of the plurality of position data obtained at this time .

【0043】[0043]

【実施例】図1は本発明の実施例1の光学系の要部概略
図である。
FIG. 1 is a schematic view of a main part of an optical system according to a first embodiment of the present invention.

【0044】同図においては従来の露光装置と同様に照
明装置ILからの露光光により照明されたレチクルR面
上の電子回路パターンを投影レンズ1によりウエハステ
ージST上に載置したウエハW面上に縮少投影し、露光
転写している。
In the same figure, the electronic circuit pattern on the reticle R surface illuminated by the exposure light from the illumination device IL on the wafer W surface mounted on the wafer stage ST by the projection lens 1 in the same manner as the conventional exposure device. The image is reduced and projected and transferred.

【0045】そしてこのときの位置合わせは直線偏光の
He−Neレーザー2から放射される露光光とは異った
波長λの光束を音響光学素子(AO素子)26に入射さ
せ、このAO素子26によりミラー21へ向う光の光量
を制御し、例えばある状態で完全に光を遮断する。そし
て2軸に回転制御可能なミラー21で反射させF−θレ
ンズ22に入射させている。
At this time, the alignment is performed by causing a light beam having a wavelength λ different from the exposure light emitted from the linearly polarized He—Ne laser 2 to enter the acousto-optic device (AO device) 26. Controls the amount of light going to the mirror 21, and completely shuts off the light in a certain state, for example. The light is reflected by a mirror 21 whose rotation can be controlled in two axes, and is incident on an F-θ lens 22.

【0046】その後、ウエハWと光学的に共役な面上に
配置した視野絞りSILにより空間的に照明範囲を制限
した後に偏光ビームスプリッター5に入射させている。
そして偏光ビームスプリッター5で反射させ、λ/4板
6、レンズ7、ミラー8そして投影レンズ1によりウエ
ハW面上のウエハマークGWをインコヒーレントな光束
で照明している。
After that, the illumination range is spatially limited by a field stop SIL disposed on a plane optically conjugate with the wafer W, and then the light is incident on the polarization beam splitter 5.
The light is reflected by the polarization beam splitter 5, and the λ / 4 plate 6, the lens 7, the mirror 8, and the projection lens 1 illuminate the wafer mark GW on the wafer W surface with an incoherent light flux.

【0047】図2は図1のウエハマークGWの説明図で
ある。図2(A)に示すようにウエハマークGWはレリ
ーフ状の回折格子より成る線幅DとピッチLWの異なる
複数のアライメントマークWa(Wa1〜Wa3)より
成っている。そして図2(B)に示すようにウエハマー
クGWの各アライメントマークWa(Wa1〜Wa3)
はスクライブラインSL上の異なる領域に配置してい
る。SEMPは半導体プロセスのパターン領域である。
本実施例ではこのようなウエハマークGWを複数個、ウ
エハ面上に配置している。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the wafer mark GW of FIG. As shown in FIG. 2A, the wafer mark GW is composed of a plurality of alignment marks Wa (Wa1 to Wa3) having a line width D of a relief diffraction grating and different pitches LW. Then, as shown in FIG. 2B, each alignment mark Wa (Wa1 to Wa3) of the wafer mark GW is formed.
Are arranged in different areas on the scribe line SL. SIMP is a pattern region of a semiconductor process.
In this embodiment, a plurality of such wafer marks GW are arranged on the wafer surface.

【0048】即ち、ウエハマークGWはレリーフ状(3
次元形状)の回折格子より成る線幅の異なる3つのアラ
イメントマークWa1,Wa2,Wa3より成ってい
る。(同図では3つのアライメントマークWa1〜Wa
3を示しているが、この数はいくつあっても良い。)ア
ライメントマークWa1の線幅はD1、ピッチはLW1
であり、位置合わせ方向(X方向)に複数個、等間隔に
配列されている。アライメントマークWa2の線幅はD
2、ピッチはLW2であり、アライメントマークWa3
の線幅はD3、ピッチはLW3であり、各々アライメン
トマークWa1と同様に位置合わせ方向に複数個、等間
隔に配列されている。(尚、本実施例ではアライメント
マークとして回折格子パターンではなく単一の孤立パタ
ーン(図13)を用いても良い。)このときの照明光は
投影レンズ1、レンズ22、7で構成される光学系の瞳
面に、例えば図3(A)に示すようなインコヒーレント
な有効光源をAO素子26による光量制御及びミラー2
1を回転制御して実効的に形成している。このことは本
実施例では行なわないが±1次光入射、±1次光取りと
いう場合に有効となる。
That is, the wafer mark GW has a relief shape (3
(Dimensional shape) and three alignment marks Wa1, Wa2, and Wa3 having different line widths. (In the figure, three alignment marks Wa1 to Wa
Although three is shown, this number may be any number. ) The line width of the alignment mark Wa1 is D1, and the pitch is LW1.
And a plurality of them are arranged at regular intervals in the alignment direction (X direction). The line width of the alignment mark Wa2 is D
2. The pitch is LW2 and the alignment mark Wa3
Has a line width of D3 and a pitch of LW3. Like the alignment mark Wa1, a plurality of lines are arranged at equal intervals in the alignment direction. (In the present embodiment, a single isolated pattern (FIG. 13) may be used instead of the diffraction grating pattern as the alignment mark.) At this time, the illumination light is an optical light constituted by the projection lens 1, the lenses 22 and 7. On the pupil plane of the system, for example, an incoherent effective light source as shown in FIG.
1 is effectively formed by controlling the rotation. This is not performed in this embodiment, but is effective in the case of ± first-order light incidence and ± first-order light extraction.

【0049】ここで図3(A)のX2,Y2は瞳面の座
標であり、照明光のウエハ面に対する入射角の分布を表
わしている。
Here, X2 and Y2 in FIG. 3A are the coordinates of the pupil plane, and represent the distribution of the incident angle of the illumination light with respect to the wafer plane.

【0050】このときの瞳面上の照度分布はウエハマー
クGWを回折格子として見立てたときの0次光に相当す
る範囲であり、その範囲のみを照明するように回転ミラ
ー21とAO素子26を制御している。図3(A)にお
いて斜線部が照明範囲を示している。又点線で囲む範囲
30,31,32,33が各々所謂ピッチLW1の0,
1,2,3次回折光を示している。
The illuminance distribution on the pupil plane at this time is a range corresponding to the zero-order light when the wafer mark GW is regarded as a diffraction grating, and the rotating mirror 21 and the AO element 26 are illuminated only in that range. Controlling. In FIG. 3A, a hatched portion indicates an illumination range. Also, ranges 30, 31, 32, and 33 surrounded by dotted lines are so-called pitches LW1 of 0,
1, 2, and 3rd-order diffracted lights are shown.

【0051】図3(C)はウエハマークGWを回折格子
としたときの回折光の分布を示している。図4はウエハ
W面上の照明範囲の説明図である。同図に示すようにア
ライメントマークWa1,Wa2,Wa3の格子パター
ン内の一部分RILのみを照明するように視野絞り(図
1,SIL)を配置している。
FIG. 3C shows the distribution of diffracted light when the wafer mark GW is a diffraction grating. FIG. 4 is an explanatory diagram of the illumination range on the wafer W surface. As shown in the figure, the field stop (FIG. 1, SIL) is arranged so as to illuminate only a part RIL in the lattice pattern of the alignment marks Wa1, Wa2, and Wa3.

【0052】ウエハW面上のウエハマークGWのうちア
ライメントマークWa1からの光束は投影レンズ1を通
過した後、順次ミラー8、レンズ7、λ/4板6、偏光
ビームスプリッター5、レンズ9そしてビームスプリッ
ター10を介し位置AにアライメントマークWa1の空
中像を形成している。他のアライメントマークWa2,
Wa3についても同様である。
The light beam from the alignment mark Wa1 of the wafer mark GW on the surface of the wafer W passes through the projection lens 1, and then sequentially passes through the mirror 8, the lens 7, the λ / 4 plate 6, the polarizing beam splitter 5, the lens 9, and the beam. An aerial image of the alignment mark Wa1 is formed at the position A via the splitter 10. Other alignment marks Wa2
The same applies to Wa3.

【0053】その空中像は更にフーリエ変換レンズ23
を介し3種類のストッパー25a,25b,25cを有
するストッパー25によってウエーハマークGW(アラ
イメントマークWa1,Wa2,Wa3)からの反射光
のうちウエーハ上での角度が各々 sin-1(λ/LWi) i=1,2,3 に相当する光束だけを透過させ、フーリエ変換レンズ2
4を介し受信手段としての固体撮像素子11にウエーハ
マークGWの像を結像している。
The aerial image is further converted to a Fourier transform lens 23.
Of the light reflected from the wafer mark GW (alignment marks Wa1, Wa2, Wa3) by the stopper 25 having three types of stoppers 25a, 25b, 25c, respectively, and the angle on the wafer is sin −1 (λ / LWi) i. = 1,2,3 only, and the Fourier transform lens 2
An image of the wafer mark GW is formed on the solid-state imaging device 11 as a receiving unit via the imaging device 4.

【0054】即ち、図5はストッパー25の説明図であ
り、図中斜線部が透過範囲となっている。これはウエハ
マークGWに対して図5に示すように各々の0次光を入
射して各々の±1次回折光を取り込むようになってい
る。
That is, FIG. 5 is an explanatory view of the stopper 25, and the hatched portion in the drawing is the transmission range. As shown in FIG. 5, each of the 0-order lights is incident on the wafer mark GW, and each of the ± 1st-order diffracted lights is taken in.

【0055】本実施例のストッパー25はその透過範囲
(図5(A),(B),(C)の斜線部)がアライメン
トマーク(Wa1〜Wa3)の種類によって各々対応す
る透過範囲が光軸上に位置するようにストッパー制御装
置30によって駆動制御されている。
In the stopper 25 of this embodiment, the transmission range (shaded portions in FIGS. 5A, 5B, and 5C) has a transmission range corresponding to the optical axis depending on the type of the alignment mark (Wa1 to Wa3). Drive control is performed by the stopper control device 30 so as to be positioned above.

【0056】本実施例ではストッパー25として図5
(A),(B),(C)の3枚のストッパー25a,2
5b,25cを設け、各々アライメントマークWa1,
Wa2,Wa3に対して用いている。
In the present embodiment, the stopper 25 shown in FIG.
(A), (B), (C) three stoppers 25a, 2
5b, 25c are provided, and alignment marks Wa1,
Wa2 and Wa3 are used.

【0057】尚、本実施例において1枚のストッパーに
3種類の透過範囲を設け、各アライメントマーク毎に各
々対応する透過範囲を用いるようにしても良い。
In this embodiment, three types of transmission ranges may be provided for one stopper, and the corresponding transmission ranges may be used for each alignment mark.

【0058】一方、He−Neレーザ2からの波長と異
なる波長を放射するLED等の光源12からの光束をコ
ンデンサーレンズ13により集光し、基準マスク14面
上に形成されている基準マークGSを照明している。
On the other hand, a light beam from a light source 12 such as an LED that emits a wavelength different from the wavelength from the He-Ne laser 2 is condensed by a condenser lens 13 to form a reference mark GS formed on a reference mask 14. Lighting.

【0059】基準マークGSは図7(A)に示すような
パターンより成っている。そして基準マークGSからの
光束を反射し、LEDからの光束を反射し、He−Ne
レーザ2からの光束を透過させるように構成したビーム
スプリッタ10を介し、A面上に基準マークGSの空中
像を形成している。その後、A面上の空中像はウエハマ
ークGWの像と同様にCCD11面上に結像している。
The reference mark GS has a pattern as shown in FIG. Then, the light beam from the reference mark GS is reflected, the light beam from the LED is reflected, and He-Ne is reflected.
An aerial image of the reference mark GS is formed on the surface A via a beam splitter 10 configured to transmit a light beam from the laser 2. Thereafter, the aerial image on the surface A is formed on the surface of the CCD 11 similarly to the image of the wafer mark GW.

【0060】基準マークGSは図7(A)に示すように
CCD11面上でウエハマークGWのアラメントマーク
Wa3のピッチLW3と同一ピッチとなるように設定さ
れたピッチLSの回折格子より成っている。尚、図7
(A)で斜線部が透明領域で、その他は不透明領域とな
っている。
As shown in FIG. 7A, the reference mark GS is composed of a diffraction grating having a pitch LS set to be the same as the pitch LW3 of the alignment mark Wa3 of the wafer mark GW on the CCD 11 surface. . Note that FIG.
In (A), the shaded area is a transparent area, and the others are opaque areas.

【0061】次に本実施例における位置合わせ方法につ
いて図8のフローチャート図を用いて説明する。
Next, the positioning method according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0062】ウエハW上には同一のレチクルで露光され
た回路パターン及びウエハマークGWを有したショット
と呼ばれる領域SHTが複数個(例えば32ショット)
存在している。図9は本実施例のウエハW上の各ショッ
トを示しており、便宜上各ショットに番号を付してい
る。
On the wafer W, a plurality of areas (for example, 32 shots) called shots having a circuit pattern exposed by the same reticle and a wafer mark GW are provided.
Existing. FIG. 9 shows each shot on the wafer W of this embodiment, and each shot is numbered for convenience.

【0063】STEP0で初期状態として、レチクルR
と位置合わせ装置の位置(例えばCCD11)は既に位
置合わせを行なっており(同期がとれており)、レチク
ルR上の座標原点と基準マークGSの中心とは対応が既
に付いている。
In the initial state in STEP 0, reticle R
And the position of the alignment device (for example, the CCD 11) has already been aligned (synchronized), and the coordinate origin on the reticle R and the center of the reference mark GS have already been associated.

【0064】STEP1で、LED光源12を照射さ
せ、基準マークGSの像を撮像装置11上に形成する。
形成された像は、図7(B)のようになっている。そこ
で撮像装置11の電気信号をA/D変換装置27によっ
て2次元の配列に置き換えた後、画像処理装置28によ
り処理窓ESを設け、図7(B)のy方向に画素積算さ
せ、1次元配列図7(C)にし、画面中心を原点として
FFT(高速フーリエ変換)を行ない、基本周波数に対
応する画面中心からのずれ量ΔSを計測し、位置合わせ
装置に固定してある基準マークGSと撮像装置11との
位置関係を決定する。これによりLED12の照明を終
える。
In STEP 1, the LED light source 12 is irradiated to form an image of the reference mark GS on the image pickup device 11.
The formed image is as shown in FIG. Therefore, after the electric signals of the imaging device 11 are replaced by a two-dimensional array by the A / D converter 27, a processing window ES is provided by the image processing device 28, and pixels are integrated in the y direction in FIG. 7C, an FFT (Fast Fourier Transform) is performed with the center of the screen as the origin, the amount of deviation ΔS from the center of the screen corresponding to the fundamental frequency is measured, and the reference mark GS fixed to the positioning device is The positional relationship with the imaging device 11 is determined. Thereby, the illumination of the LED 12 is completed.

【0065】STEP2でウエハWはHe−Neレーザ
2を照射した時、数ミクロンメータのオーダの精度で第
1(n=1)ショットでのウエハマークGWのうちのア
ライメントメークWa1が撮像装置11上所定の位置に
撮像されるようにウエハステージSTを駆動して、位置
合わせ装置内の所定の位置に既に存在している。
When the wafer W is irradiated with the He—Ne laser 2 in STEP 2, the alignment make Wa 1 of the wafer mark GW in the first (n = 1) shot is displayed on the imaging device 11 with an accuracy of the order of several micrometers. The wafer stage ST is driven so that an image is taken at a predetermined position, and the wafer stage ST already exists at a predetermined position in the positioning device.

【0066】STEP3でいまのショット番号nがN
(例えば12)でないことを確かめる。ショット番号n
がNの時は、STEP7に移動する。
In step 3, the current shot number n is N
(For example, 12). Shot number n
When N is N, the process moves to STEP7.

【0067】STEP4でショット番号nがn=1でな
いときは、ウエハステージSTを、所定の距離(ショッ
ト番号n−1のアライメントマークWa3とショット番
号nのアライメントマークWa1の位置合わせ装置内に
保有している相対位置差分)駆動し、ストッパー制御装
置30によってストッパー25を図5(A)のストッパ
ー25aに変更する。He−Neレーザ2を照射させ、
上記の経路を経て、nショットのアライメントマークW
a1の像を撮像装置11上に形成する。形成された像
は、図10(A)のようになる。
If the shot number n is not n = 1 in STEP 4, the wafer stage ST is held in the alignment device for a predetermined distance (the alignment mark Wa3 of the shot number n-1 and the alignment mark Wa1 of the shot number n). (The relative position difference), and the stopper control device 30 changes the stopper 25 to the stopper 25a in FIG. Irradiate He-Ne laser 2,
Through the above path, the n-shot alignment mark W
The image of a1 is formed on the imaging device 11. The formed image is as shown in FIG.

【0068】そこで撮像装置11の電気信号をA/D変
換装置27によって2次元の配列に置き換えた後、画像
処理装置28により処理窓EW1を設け、図10のy方
向に画素積算させ、1次元配列にし、画面中心を原点と
してFFT(高速フーリエ変換)を行ない、基本周波数
に対応する画面中心からのそれぞれのずれ量Δ1nを計
測し記憶する。
Then, after the electric signals of the imaging device 11 are replaced by a two-dimensional array by the A / D converter 27, a processing window EW1 is provided by the image processing device 28, and the pixels are integrated in the y direction in FIG. The array is arranged, FFT (Fast Fourier Transform) is performed with the center of the screen as the origin, and each shift amount Δ1 n from the center of the screen corresponding to the fundamental frequency is measured and stored.

【0069】STEP5で、ウエハステージSTを、所
定の距離(アライメントマークWa1,Wa2の設計上
の相対位置差分)駆動し、ストッパー制御装置30によ
ってストッパー25を図5(B)のストッパー25bの
透光部が光軸上に位置するように変更する。He−Ne
レーザ2からの光を照射させ、上記の経路を経てアライ
メントマークWa2の像を撮像装置11上に形成する。
形成された像は図10(B)のようになる。そこで撮像
装置11の電気信号をA/D変換装置27によって2次
元の配列に置き換えた後、画像処理装置28により処理
窓EW2を設け、図10のy方向に画素積算させ、1次
元配列にし、画面中心を原点としてFFT(高速フーリ
エ変換)を行ない、基本周波数に対応する画面中心から
のそれぞれのずれ量Δ2nを計測し記憶する。
In STEP 5, the wafer stage ST is driven by a predetermined distance (design relative position difference between the alignment marks Wa1 and Wa2), and the stopper control device 30 moves the stopper 25 through the stopper 25b shown in FIG. The part is changed to be located on the optical axis. He-Ne
The light from the laser 2 is irradiated to form an image of the alignment mark Wa2 on the imaging device 11 via the above-described path.
The formed image is as shown in FIG. Therefore, after the electric signals of the imaging device 11 are replaced by a two-dimensional array by the A / D converter 27, a processing window EW2 is provided by the image processing device 28, pixels are integrated in the y direction in FIG. FFT (Fast Fourier Transform) is performed with the center of the screen as the origin, and each shift amount Δ2 n from the center of the screen corresponding to the fundamental frequency is measured and stored.

【0070】STEP6で、ウエハステージSTを、所
定の距離(アライメントマークWa2,Wa3の設計上
の相対位置差分)駆動し、ストッパー制御装置30によ
ってストッパー25を図5(C)のストッパー25cの
透光部が光軸上に位置するように変更する。He−Ne
レーザ2からの光を照射させ、上記の経路を経てアライ
メントマークWa3の像を撮像装置11上に形成する。
形成された像は図10(C)のようになる。そこで撮像
装置11の電気信号をA/D変換装置27によって2次
元の配列に置き換えた後、画像処理装置28により処理
窓EW3を設け、図10のy方向に画素積算させ、1次
元配列にし、画面中心を原点としてFFT(高速フーリ
エ変換)を行ない、基本周波数に対応する画面中心から
のそれぞれのずれ量Δ3nを計測し記憶する。
In STEP 6, the wafer stage ST is driven by a predetermined distance (design relative position difference between the alignment marks Wa2 and Wa3), and the stopper control device 30 moves the stopper 25 through the stopper 25c shown in FIG. The part is changed to be located on the optical axis. He-Ne
The light from the laser 2 is irradiated, and an image of the alignment mark Wa3 is formed on the imaging device 11 through the above-described path.
The formed image is as shown in FIG. Therefore, after the electric signals of the imaging device 11 are replaced by a two-dimensional array by the A / D converter 27, a processing window EW3 is provided by the image processing device 28, pixels are integrated in the y direction in FIG. FFT (Fast Fourier Transform) is performed with the center of the screen as the origin, and each shift amount Δ3 n from the center of the screen corresponding to the fundamental frequency is measured and stored.

【0071】STEP7で各々のずれ量Δ1n,Δ2n
Δ3nと各々のアライメントマーク内の位置から各々の
線幅のアライメントマークでのウエハ倍率を算出する。
このとき図9に示すようにウエハマークGWの各アライ
メントマークWa1,Wa2,Wa3がξ方向に配置し
ている為(1)式での半径rはξ軸への射影成分におき
かえて計算される。そして線幅とウエハ倍率からレジス
トの塗布ムラによるウエハ倍率のダマサレ量を算出して
いる。アライメントマークWa1,Wa2,Wa3の線
幅とウエハ倍率m1,m2,m3との関係を図11に示
す。
At STEP 7, the deviation amounts Δ1 n , Δ2 n ,
The wafer magnification at the alignment mark of each line width is calculated from Δ3 n and the position in each alignment mark.
At this time, as shown in FIG. 9, since the alignment marks Wa1, Wa2, and Wa3 of the wafer mark GW are arranged in the 図 direction, the radius r in the equation (1) is calculated by replacing the projected component on the ξ axis. . Then, the amount of damaging of the wafer magnification due to the unevenness in application of the resist is calculated from the line width and the wafer magnification. FIG. 11 shows the relationship between the line widths of the alignment marks Wa1, Wa2, and Wa3 and the wafer magnifications m1, m2, and m3.

【0072】図11においてX印は計測値である。各々
の計測値とウエハマークGWとレジスト塗布むらによる
計測値のずれ量と線幅との関係式(本実施例では1次近
似として、1次直線をその関係式としている)とによっ
て、アライメントマークWaの線幅ゼロの状態での真の
ウエハ倍率m0を最小自乗法から求める。即ちウエハマ
ークGWの真の位置の撮像装置11との位置を決定す
る。
In FIG. 11, the X mark is a measured value. The alignment mark is obtained by a relational expression (a linear approximation as a first-order approximation in the present embodiment, which is a first-order approximation) between each measured value, a wafer mark GW, and a deviation amount of the measured value due to uneven resist coating and a line width. The true wafer magnification m0 in the state where the line width of Wa is zero is obtained by the least square method. That is, the position of the true position of the wafer mark GW with respect to the imaging device 11 is determined.

【0073】STEP8において、位置合わせ装置とウ
エハWとの真の位置ずれをレチクルRとの座標に換算
し、位置合わせ制御装置29によってウエハW全面の露
光時の所定の位置を算出し、各々の露光ショットの露光
の際に算出された露光位置にウエハステージSTを駆動
して位置合わせを終える。
In STEP 8, the true displacement between the positioning device and the wafer W is converted into coordinates with the reticle R, and the positioning control device 29 calculates a predetermined position of the entire surface of the wafer W at the time of exposure. The wafer stage ST is driven to the exposure position calculated at the time of exposure of the exposure shot to complete the alignment.

【0074】本実施例においては線幅の異なるアライメ
ントマークWa1〜Wa3を用いて時間を隔てて異なる
時間で計測したが、例えばアライメントマークを2つの
群に分け、アライメントマークWa1,Wa2を同時
に、アライメントマークWa3を別の時間に計測するこ
とができるように各アライメントマークを配置しても良
い。又全てを同時に観測できるようにアライメントマー
クを形成し同時に観察するようにしても良い。
In this embodiment, the alignment marks Wa1 to Wa3 having different line widths are measured at different times with a time interval. For example, the alignment marks are divided into two groups, and the alignment marks Wa1 and Wa2 are simultaneously aligned. Each alignment mark may be arranged so that the mark Wa3 can be measured at another time. Alternatively, an alignment mark may be formed so that all can be observed at the same time, and observation may be performed at the same time.

【0075】又、本実施例においてウエハ倍率のダマサ
レ量は、半導体素子の製造工程に強く依存し、同時期に
作られたウエハに対しては、ウエハ差に顕著な差はな
い。したがって、同時期に作られたウエハの1枚目のみ
上記のダマサレ補正を行ないアライメントマークWa1
の算出値と真のウエハ倍率との差を決定した後に記憶
し、以降のウエハに対してはアライメントマークWa1
のウエハ倍率のダマサレ量を変更せず固定のまま、ウエ
ハ上のアライメントマークWa1のみに対してショット
間のずれ計測をし、ウエハ倍率を補正しウエハ全面の位
置ずれ量を予測するようにしてもよい。
Further, in this embodiment, the amount of damaging of the wafer magnification strongly depends on the manufacturing process of the semiconductor device, and there is no remarkable difference between the wafers manufactured at the same time. Accordingly, only the first wafer of the same period is subjected to the damascene correction and the alignment mark Wa1 is obtained.
Is determined and stored after the difference between the calculated value and the true wafer magnification is determined.
It is also possible to measure the misalignment between shots only for the alignment mark Wa1 on the wafer and to correct the wafer magnification to predict the amount of misalignment of the entire surface of the wafer while keeping the damaging amount of the wafer magnification unchanged without changing the wafer magnification. Good.

【0076】又、本実施例においてアライメントマーク
はピッチLWと線幅Dが同時に異なるものを用いたが、
図26に示すようにピッチLWを同一のピッチLW1と
し、線幅Dのみを変更したアライメントマークWb1,
Wb2,Wb3を用いても良い。
In this embodiment, alignment marks having different pitches LW and line widths D are used at the same time.
As shown in FIG. 26, the pitch LW is set to the same pitch LW1, and only the line width D is changed to the alignment mark Wb1,
Wb2 and Wb3 may be used.

【0077】この場合、回折格子としてのピッチLWは
同一である為、図1に示すストッパー制御装置30は不
要となり、又ストッパー25としては図5(A)に示す
1つのストッパー25aを用いれば良い。このとき各ア
ライメントマークWb1,Wb2,Wb3におけるウエ
ハ倍率m1b,m2b,m3bと真値との関係は例えば
図27に示すように2次関数のようになる。従って本実
施例では計測値列m1b,m2b,m3bに対して最小
2乗法で2次近似して線幅D零の極限を真のウエハ倍率
としている。
In this case, since the pitch LW as the diffraction grating is the same, the stopper control device 30 shown in FIG. 1 is not required, and one stopper 25a shown in FIG. . At this time, the relationship between the wafer magnifications m1b, m2b, m3b and the true value in each of the alignment marks Wb1, Wb2, Wb3 is, for example, a quadratic function as shown in FIG. Therefore, in this embodiment, the measurement value sequence m1b, m2b, and m3b are quadratic approximated by the least squares method, and the limit of the line width D0 is set as the true wafer magnification.

【0078】又、線幅を同一にして図28(A),
(C)に示すようにピッチLWを変更した場合、その断
面形状(図28(B),(C))は実効的に線幅が変化
したのと同様となってくる。この為、前述したのと同様
の効果を得ることができる。
Also, the line width is made the same, and FIG.
When the pitch LW is changed as shown in (C), the cross-sectional shape (FIGS. 28 (B) and 28 (C)) becomes the same as the case where the line width has changed effectively. Therefore, the same effects as described above can be obtained.

【0079】又、本実施例では各ショットで順番にウエ
ハマークのうちのアライメントマークWa1,Wa2,
Wa3を測定して、その後次のウエハマークへ移動する
場合を示した。
Further, in this embodiment, the alignment marks Wa1, Wa2,
The case where Wa3 is measured and thereafter the wafer moves to the next wafer mark is shown.

【0080】この他本発明では他の実施例としてアライ
メントマークWa1について各ショットを計測し、次に
アライメントマークWa2について各ショットを計測
し、更にアライメントマークWa3について各ショット
を計測し、然る後に同様の統計処理をしてウエハ倍率等
の値を求めるシーケンスも同様に適用可能である。
In another embodiment of the present invention, each shot is measured for the alignment mark Wa1, then each shot is measured for the alignment mark Wa2, and further, each shot is measured for the alignment mark Wa3. The sequence of obtaining the value of the wafer magnification or the like by performing the statistical processing described above can be similarly applied.

【0081】図12は本発明の実施例2の光学系の要部
概略図である。
FIG. 12 is a schematic view of a main part of an optical system according to a second embodiment of the present invention.

【0082】同図において従来の露光装置と同様に照明
装置ILからの露光光により照明されたレチクルR面上
の電子回路パターンを投影レンズ1によりウエハステー
ジST上に載置したウエハW面上に縮小投影し、露光転
写している。
In the same drawing, an electronic circuit pattern on a reticle R surface illuminated by exposure light from an illumination device IL is projected onto a wafer W surface mounted on a wafer stage ST by a projection lens 1 in the same manner as a conventional exposure device. Reduced projection and exposure transfer.

【0083】そしてこのときの位置合わせは直線偏光の
He−Neレーザー2から放射される、露光光とは異っ
た波長(λ)の光束を音響光学素子(AO素子)26に
入射させ、このAO素子26によりミラー21へ向う光
の光量を制御し、例えばある状態で完全に光を遮断す
る。そして2軸に回転制御可能なミラー21で反射させ
F−θレンズ22に入射させている。
At this time, alignment is performed by causing a light beam having a wavelength (λ) different from the exposure light, which is emitted from the linearly polarized He—Ne laser 2, to enter an acousto-optic device (AO device) 26. The AO element 26 controls the amount of light traveling toward the mirror 21 and completely shuts off the light in a certain state, for example. The light is reflected by a mirror 21 whose rotation can be controlled in two axes, and is incident on an F-θ lens 22.

【0084】その後にウエハWと光学的に共役な面上に
ストッパーSILをおき、そこで空間的に照明範囲を制
限した後に偏光ビームスプリッター5に光を入射させて
いる。そして偏光ビームスプリッター5で反射させ、λ
/4板6、レンズ7、ミラー8そして投影レンズ1によ
りウエハW面上のウエハマークMWのアライメントマー
クMW1をインコヒーレントな光束で照明している。
After that, a stopper SIL is placed on a plane optically conjugate with the wafer W, and the illumination range is spatially limited there, and then light is incident on the polarization beam splitter 5. Then, the light is reflected by the polarizing beam splitter 5, and λ
The alignment mark MW1 of the wafer mark MW on the surface of the wafer W is illuminated with an incoherent light beam by the / 4 plate 6, the lens 7, the mirror 8, and the projection lens 1.

【0085】図13は図12のウエハマークMWの説明
図である。同図に示すようにウエハマークMWは線幅D
の異なる3つのアライメントマークMW1,MW2,M
W3より成っている。又、3つのアライメントマークM
W1,MW2,MW3は各々の線幅がD1,D2,D3
の孤立パターンより成り、各々スクライブラインSL上
に配置している。
FIG. 13 is an explanatory diagram of the wafer mark MW of FIG. As shown in the figure, the wafer mark MW has a line width D.
Alignment marks MW1, MW2, M
It consists of W3. In addition, three alignment marks M
W1, MW2 and MW3 have respective line widths D1, D2 and D3.
And is arranged on the scribe line SL.

【0086】このときの照明光は投影レンズ1、レンズ
22,7で構成される光学系の瞳面に、例えば円形とな
るようにインコヒーレントな有効光源をAO素子26に
よる光量制御及びミラー21を回転制御して実効的に形
成している。そしてその範囲のみを照明するように、回
転ミラー21とAO素子を制御している。
At this time, the illumination light is applied to the pupil plane of the optical system composed of the projection lens 1, the lenses 22 and 7, by controlling an incoherent effective light source so as to have a circular shape, for example, by controlling the amount of light by the AO element 26 and controlling the mirror 21. It is formed effectively by controlling the rotation. Then, the rotating mirror 21 and the AO element are controlled so as to illuminate only that range.

【0087】ウエハW面上のウエハマークMWからの光
束は順次投影レンズ1、ミラー8、レンズ7、λ/4板
6、偏光ビームスプリッター5、レンズ9そして偏光ビ
ームスプリッター10を介し撮像レンズ31によって撮
像装置面11面上にウエハマークMWの像を形成してい
る。
The luminous flux from the wafer mark MW on the surface of the wafer W is sequentially passed through the projection lens 1, mirror 8, lens 7, λ / 4 plate 6, polarizing beam splitter 5, lens 9, and polarizing beam splitter 10 by the imaging lens 31. An image of the wafer mark MW is formed on the imaging device surface 11.

【0088】一方、He−Neレーザ2からの光とは波
長と異なる波長を放射するLED光源12からの光束を
コンデンサーレンズ13により集光し、基準マスク14
面上に形成されている基準マークMSを照明している。
基準マークMSは図14(A)に示すようなパターンよ
り成っている。
On the other hand, the light beam from the LED light source 12 radiating a wavelength different from the light from the He-Ne laser 2 is condensed by the condenser lens 13 and
It illuminates the reference mark MS formed on the surface.
The reference mark MS has a pattern as shown in FIG.

【0089】同図において斜線部は光透過部である。そ
して基準マークMSからの光束を反射し、LED12か
らの光束を反射し、He−Neレーザ2からの光束を透
過させるように構成したビームスプリッター10を介
し、撮像レンズ31によって撮像装置11面上に基準マ
ークMSの像を形成している。
In the figure, the hatched portions are light transmitting portions. Then, the light beam from the reference mark MS is reflected, the light beam from the LED 12 is reflected, and the light beam from the He-Ne laser 2 is transmitted through the beam splitter 10 configured to transmit the light beam from the He-Ne laser 2. An image of the reference mark MS is formed.

【0090】次に本実施例における位置合わせ方法につ
いて図15のフローチャート図を用いて説明する。
Next, the positioning method in this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0091】ウエハW上には同一のレチクルで露光され
た回路パターン及びウエハマークGWを有したショット
と呼ばれる領域SHTが複数個(例えば32ショット)
存在している。図16は本実施例のウエハW上の各ショ
ットを示しており、便宜上各ショットに番号を付してい
る。
On the wafer W, a plurality of areas (for example, 32 shots) called shots having a circuit pattern exposed by the same reticle and a wafer mark GW are provided.
Existing. FIG. 16 shows shots on the wafer W in this embodiment, and the shots are numbered for convenience.

【0092】STEP0、初期状態として、レチクルR
と位置合わせ装置の位置(例えば撮像装置11)は既に
位置合わせを行なっており、レチクルR上の座標原点と
基準マークMS中心とは対応が既に付いている。
STEP 0, reticle R as an initial state
The position of the positioning device (for example, the imaging device 11) has already been aligned, and the coordinate origin on the reticle R and the center of the reference mark MS have already been associated.

【0093】STEP1で、LED光源12を照射さ
せ、基準マーク像MSの像を撮像装置11上に形成す
る。形成された像は、図14(B)のようになってい
る。そこで撮像装置11の電気信号をA/D変換装置2
7によって2次元の配列に置き換えた後、画像処理装置
28により処理窓ES2を設け、図14(B)のy方向
に画素積算させ、1次元配列(図14(C))にし、画
面中心を原点として1次元パターンマッチングを行な
い、基準マークMS中心の画面中心からのずれ量ΔSを
計測し、位置合わせ装置に固定してある基準マークMS
と撮像装置11との位置関係を決定する。これによりL
ED12の照明を終える。
In STEP 1, the LED light source 12 is irradiated to form an image of the reference mark image MS on the image pickup device 11. The formed image is as shown in FIG. Therefore, the electric signal of the imaging device 11 is converted into the A / D converter 2
7, a processing window ES <b> 2 is provided by the image processing device 28, pixels are integrated in the y direction of FIG. 14B, a one-dimensional array (FIG. 14C), and the center of the screen is set. One-dimensional pattern matching is performed as the origin, the deviation ΔS of the center of the reference mark MS from the center of the screen is measured, and the reference mark MS fixed to the positioning device is measured.
The positional relationship between the image and the imaging device 11 is determined. This gives L
The lighting of the ED 12 is finished.

【0094】STEP2で、ウエハWは数ミクロンメー
タのオーダーの精度でHe−Neレーザ2を照射した
時、第1(n=1)ショットでのウエハマークMWのう
ちのアライメントマークMW1が撮像装置11に撮像さ
れるように、ウエハステージSTを駆動して位置合わせ
装置内の所定の位置に既に存在している。
In STEP 2, when the wafer W is irradiated with the He—Ne laser 2 with an accuracy of the order of several micrometers, the alignment mark MW 1 of the wafer mark MW in the first (n = 1) shot is changed to the image pickup device 11. The wafer stage ST is already driven at a predetermined position in the positioning apparatus so as to be imaged.

【0095】STEP3でいまのショット番号nがN
(例えば13)でないことを確かめる。ショット番号n
がNの時は、STEP7に移動する。
In step 3, the current shot number n is N
(For example, 13). Shot number n
When N is N, the process moves to STEP7.

【0096】STEP4でショット番号nがn=1でな
いときは、ウエハステージSTを、所定の距離(ショッ
ト番号n−1のアライメントマークMW3とショット番
号nのアライメントマークMW1の位置合わせ装置内に
保有している相対位置差分)駆動する。
If the shot number n is not n = 1 in STEP 4, the wafer stage ST is held in the positioning device for a predetermined distance (the alignment mark MW3 of the shot number n-1 and the alignment mark MW1 of the shot number n). Drive).

【0097】He−Neレーザ2を照射させ、上記の経
路を経て、nショットのアライメントマークMW1の像
を撮像装置11上に形成する。形成された像は、図17
(A)のようになる。そこで撮像装置11の電気信号を
A/D変換装置27によって2次元の配列に置き換えた
後、画像処理装置28により処理窓EW1cを設け、図
17のy方向に画素積算させ、1次元配列図17(D)
にし、画面中心を原点として1次元パターンマッチング
を行ない、マーク中心の画面中心からのずれ量Δ1cを
計測し記憶する。
The He-Ne laser 2 is irradiated, and an n-shot image of the alignment mark MW1 is formed on the imaging device 11 through the above-described path. The image formed is shown in FIG.
(A). Therefore, after the electric signals of the imaging device 11 are replaced by a two-dimensional array by the A / D converter 27, a processing window EW1c is provided by the image processing device 28, and the pixels are integrated in the y direction in FIG. (D)
Then, one-dimensional pattern matching is performed with the center of the screen as the origin, and the shift amount Δ1c of the center of the mark from the center of the screen is measured and stored.

【0098】STEP5で、ウエハステージSTを、所
定の距離(アライメントマークMW1とMW2の設計上
の相対位置差分)駆動する。He−Neレーザ2を照射
させ、上記の経路を経てnショットでのアライメントマ
ークMW2像を撮像装置11上に形成する。形成された
像は図17(B)のようになる。そこで撮像装置11の
電気信号をA/D変換装置27によって2次元の配列に
置き換えた後、画像処理装置28により処理窓EW2c
を設け、図17のy方向に画素積算させ、1次元配列図
17(E)にし、画面中心を原点として1次元パターン
マッチングを行ないマーク中心の画面中心からのずれ量
Δ2cを計測し記憶する。
In STEP 5, the wafer stage ST is driven by a predetermined distance (design relative position difference between the alignment marks MW1 and MW2). The He-Ne laser 2 is irradiated to form an n-shot image of the alignment mark MW2 on the imaging device 11 via the above-described path. The formed image is as shown in FIG. Then, after the electric signals of the imaging device 11 are replaced by a two-dimensional array by the A / D conversion device 27, the processing window EW2c is processed by the image processing device 28.
17, the pixels are integrated in the y direction in FIG. 17 to obtain a one-dimensional array diagram 17E. One-dimensional pattern matching is performed with the center of the screen as the origin, and the shift amount Δ2c of the center of the mark from the center of the screen is measured and stored.

【0099】STEP6で、ウエハステージSTを、所
定の距離(アライメントマークMW2とMW3の設計上
の相対位置差分)駆動する。He−Neレーザ2を照射
させ、上記の経路を経てアライメントマークMW3像を
撮像装置11上に形成する。形成された像は、図17
(C)のようになる。そこで撮像装置11の電気信号を
A/D変換装置27によって2次元の配列に置き換えた
後、画像処理装置28により処理窓EW3cを設け、図
17のy方向に画素積算させ、1次元配列図17(F)
にし、画面中心を原点として1次元パターンマッチング
を行ない、マーク中心の画面中心からのずれ量Δ3cを
計測し記憶する。
In STEP 6, the wafer stage ST is driven a predetermined distance (design relative position difference between the alignment marks MW2 and MW3). The He-Ne laser 2 is irradiated, and an image of the alignment mark MW3 is formed on the imaging device 11 via the above-described path. The image formed is shown in FIG.
(C). Therefore, after the electric signals of the imaging device 11 are replaced with a two-dimensional array by the A / D converter 27, a processing window EW3c is provided by the image processing device 28, and the pixels are integrated in the y direction in FIG. (F)
Then, one-dimensional pattern matching is performed with the center of the screen as the origin, and the amount of deviation Δ3c of the center of the mark from the center of the screen is measured and stored.

【0100】STEP7で各々のずれ量Δ1c,Δ2
c,Δ3cと各々のアライメントマーク内の位置から各
々の線幅のアライメントマークでのウエハ倍率m1c,
m2c,m3cを算出する。線幅とウエハ倍率からレジ
ストの塗布ムラによるウエハ倍率のダマサレ量を算出し
ている。アライメントマークMW1,MW2,MW3の
線幅D(D1,D2,D3)とウエハ倍率m1c,m2
c,m3cとの関係を図18に示す。
In STEP 7, the respective deviation amounts Δ1c, Δ2
c, Δ3c and the position within each alignment mark, the wafer magnification m1c at the alignment mark of each line width,
m2c and m3c are calculated. The amount of damaging of the wafer magnification due to the unevenness in application of the resist is calculated from the line width and the wafer magnification. Line width D (D1, D2, D3) of alignment marks MW1, MW2, MW3 and wafer magnifications m1c, m2
FIG. 18 shows the relationship between c and m3c.

【0101】図18においてX印が計測値である。各々
の計測値とウエハマークMWとレジスト塗布むらによる
計測値のずれ量と線幅との関係式(本実施例では1次近
似として、1次直線をその関係式としている)とによっ
て、アライメントマークの線幅ゼロの状態での真のウエ
ハ倍率m0を最小自乗法から求める。即ちウエハマーク
MWの真の位置の撮像装置11との位置を決定する。
In FIG. 18, the X mark is a measured value. The alignment mark is obtained by a relational expression (a linear approximation is used as a first approximation in the present embodiment as a first-order approximation) of the deviation of the measurement value due to each measurement value, the wafer mark MW, and the unevenness of the resist coating and the line width. The true wafer magnification m0 in the state where the line width is zero is obtained by the least square method. That is, the position of the true position of the wafer mark MW with respect to the imaging device 11 is determined.

【0102】STEP8において、位置合わせ装置とウ
エハWとの真の位置ずれをレチクルRとの座標に換算
し、位置合わせ制御装置29によってウエハW全面の露
光時の所定の位置を算出し、各々の露光ショットの露光
の際に算出された露光位置にウエハステージSTを駆動
して位置合わせを終える。
In STEP 8, the true displacement between the positioning device and the wafer W is converted into the coordinates of the reticle R, and the positioning control device 29 calculates a predetermined position of the entire surface of the wafer W at the time of exposure. The wafer stage ST is driven to the exposure position calculated at the time of exposure of the exposure shot to complete the alignment.

【0103】本実施例においては線幅の異なるアライメ
ントマークMW1〜MW3を用いて時間を隔てて異なる
時間で計測したが、例えばアライメントマークを2つの
群に分け、アライメントマークMW1,MW2を同時
に、アライメントマークMW3を別の時間に計測するこ
とができるように各アライメントマークを配置しても良
い。又全てを同時に観測できるようにアライメントマー
クを形成し、同時に観察するようにしても良い。
In this embodiment, the alignment marks MW1 to MW3 having different line widths are measured at different times with a time interval. For example, the alignment marks are divided into two groups, and the alignment marks MW1 and MW2 are simultaneously aligned. Each alignment mark may be arranged so that the mark MW3 can be measured at another time. Alternatively, an alignment mark may be formed so that all can be observed at the same time, and the observation may be made at the same time.

【0104】又、本実施例においてウエハ倍率のダマサ
レ量は、半導体素子の製造工程に強く依存し、同時期に
作られたウエハに対しては、ウエハ差に顕著な差はな
い。したがって、同時期に作られたウエハの一枚目の
み、上記のダマサレ補正を行ない、アライメントマーク
MW1の算出値と真のウエハ倍率との差を決定した後に
記憶し、以降のウエハに対してはアライメントマークM
W1のウエハ倍率のダマサレ量を変更せず固定のまま、
ウエハ上のアライメントマークMW1のみに対してショ
ット間のずれ計測をし、ウエハ倍率を補正しウエハ全面
の位置ずれ量を予測するようにしてもよい。
Further, in this embodiment, the amount of damaging of the wafer magnification strongly depends on the manufacturing process of the semiconductor device, and there is no remarkable difference between the wafers produced at the same time. Therefore, the above damascene correction is performed only on the first wafer made at the same time, and the difference between the calculated value of the alignment mark MW1 and the true wafer magnification is determined and stored. Alignment mark M
The wafer magnification of W1 is fixed without changing the amount of damage.
The deviation between shots may be measured only for the alignment mark MW1 on the wafer, and the magnification of the wafer may be corrected to predict the amount of positional deviation on the entire surface of the wafer.

【0105】このように本実施例によれば位置合わせ方
法によらずにアライメントマークの線幅と位置計測値か
らレジストの塗布ムラによるダマサレ量を算出すること
ができ、レジストの塗布ムラによる誤差成分を除去する
ことができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to calculate the amount of damaging caused by uneven coating of the resist from the line width of the alignment mark and the measured position value without using the alignment method. Can be removed.

【0106】尚、本発明は次のような位置合わせ装置に
も適用することができる。 (イ)フレネルゾーンプレート型のウエハマークを使用
して、線幅の異なるアライメントマークのうちの照明範
囲を絞ることにより、複数のアライメントマークを実効
的に取り除いた場合と取り除かない場合とでの計測値の
差異より同様の方法によりアライメントマークの線幅が
零の極限を求めることにより真の位置情報を得る装置。 (ロ)レーザ光を照明側又はウエハを駆動させることに
より走査し、その結果より時間的に電気信号としてウエ
ハマーク像又はウエハからの光信号を計測する装置。 (ハ)実施例2において明視野の代わりに暗視野として
用いる装置。
The present invention can be applied to the following positioning device. (A) By using a Fresnel zone plate type wafer mark to narrow the illumination range of the alignment marks having different line widths, measurement is performed when plural alignment marks are effectively removed or not. An apparatus that obtains true position information by obtaining the limit where the line width of the alignment mark is zero by a similar method based on the difference between the values. (B) An apparatus that scans a laser beam by driving an illumination side or a wafer, and temporally measures a wafer mark image or an optical signal from the wafer as an electrical signal based on the result. (C) An apparatus used in Example 2 as a dark field instead of a bright field.

【0107】[0107]

【発明の効果】本発明によればウエハ面上に前述のよう
に線幅の異なる複数のアライメントマークより成るウエ
ハマークを複数形成し、これら各アライメントマークか
らの位置情報を同時又は時間的に隔てて抽出し、これを
各ウエハマークについて行ない、このとき得られる各位
置情報を利用することにより、アライメントマークに起
因するレジスト表面の起伏形状に基づくダマサレ量を統
計的に補正し、不要なノイズ光を除去することができウ
エハと露光装置本体(受信手段)との高精度な位置合わ
せができる位置合わせ装置を達成することができる。
According to the present invention, a plurality of wafer marks composed of a plurality of alignment marks having different line widths are formed on the wafer surface as described above, and position information from each of these alignment marks is simultaneously or temporally separated. This is performed for each wafer mark, and by using each position information obtained at this time, the amount of damascene based on the undulation shape of the resist surface caused by the alignment mark is statistically corrected, and unnecessary noise light is corrected. Can be removed, and a highly accurate alignment between the wafer and the exposure apparatus main body (receiving means) can be achieved.

【0108】又、本発明によれば先の光ヘテロダイン方
法においても、その具体的な方法に依存せず、複数の種
類の線幅マークによる計測により、線幅ゼロの位置が予
測でき、前述したのと同様の効果を有した位置合わせ装
置を達成することができる。
Further, according to the present invention, even in the above-mentioned optical heterodyne method, the position of zero line width can be predicted by measurement using a plurality of types of line width marks without depending on the specific method. Thus, it is possible to achieve an alignment device having the same effect as described above.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施例1の光学系の要部概略図FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of an optical system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1のウエハマークの説明図FIG. 2 is an explanatory view of a wafer mark of FIG. 1;

【図3】 図1の瞳面上の光量分布の説明図FIG. 3 is an explanatory diagram of a light amount distribution on a pupil plane in FIG. 1;

【図4】 図1のウエハ面上の照明範囲の説明図FIG. 4 is an explanatory diagram of an illumination range on a wafer surface in FIG. 1;

【図5】 図1のウエハマークに対するストッパーの説
明図
FIG. 5 is an explanatory view of a stopper for the wafer mark of FIG. 1;

【図6】 回折格子の回折光の説明図FIG. 6 is an explanatory diagram of diffracted light from a diffraction grating.

【図7】 図1の基準マークの説明図FIG. 7 is an explanatory view of the reference mark of FIG. 1;

【図8】 本発明の実施例1のフローチャート図FIG. 8 is a flowchart of the first embodiment of the present invention.

【図9】 ウエハ面上のウエハマーク位置の説明図FIG. 9 is an explanatory diagram of a wafer mark position on a wafer surface.

【図10】 図1のウエハマーク像の説明図FIG. 10 is an explanatory diagram of a wafer mark image of FIG. 1;

【図11】 本発明の実施例2のウエハマークの中心位
置検出の際のダマサレ量の補正方法の説明図
FIG. 11 is an explanatory diagram of a method of correcting a damascene amount when detecting the center position of a wafer mark according to the second embodiment of the present invention.

【図12】 本発明の実施例2の光学系の要部概略図FIG. 12 is a schematic diagram of a main part of an optical system according to a second embodiment of the present invention.

【図13】 図12のウエハマークの説明図FIG. 13 is an explanatory diagram of the wafer mark of FIG. 12;

【図14】 図12の基準マークの説明図FIG. 14 is an explanatory view of the reference mark of FIG. 12;

【図15】 本発明の実施例2のフローチャート図FIG. 15 is a flowchart of a second embodiment of the present invention.

【図16】 ウエハ面上のウエハマーク位置の説明図FIG. 16 is an explanatory diagram of a wafer mark position on a wafer surface.

【図17】 図12のウエハマーク像の説明図FIG. 17 is an explanatory diagram of the wafer mark image of FIG. 12;

【図18】 本発明の実施例2のウエハマークの中心位
置検出の際のダマサレ量の補正方法の説明図
FIG. 18 is a diagram illustrating a method of correcting a damascene amount when detecting the center position of a wafer mark according to the second embodiment of the present invention.

【図19】 従来の位置合わせ装置の光学系の概略図FIG. 19 is a schematic view of an optical system of a conventional positioning device.

【図20】 図19のウエハマークの説明図20 is an explanatory diagram of the wafer mark of FIG. 19;

【図21】 図19の瞳面上の光量分布の説明図FIG. 21 is an explanatory diagram of a light amount distribution on a pupil plane in FIG. 19;

【図22】 図19の基準マークの説明図FIG. 22 is an explanatory view of the reference mark of FIG. 19;

【図23】 図17の位置合わせ方法のフローチャート
FIG. 23 is a flowchart of the alignment method in FIG. 17;

【図24】 レジストを塗布したウエハの断面概略図FIG. 24 is a schematic cross-sectional view of a wafer coated with a resist.

【図25】 ウエハマークとレジスト表面の起伏に伴な
う中心位置のダマサレ量を示す説明図
FIG. 25 is an explanatory diagram showing a damascene amount at a center position associated with undulation of a wafer mark and a resist surface;

【図26】 本発明に係る他のウエハマークの説明図FIG. 26 is an explanatory diagram of another wafer mark according to the present invention.

【図27】 図26のウエハマークを用いたときの中心
位置検出の際のダマサレ量の補正方法の説明図
FIG. 27 is an explanatory diagram of a method of correcting a damascene amount when detecting a center position using the wafer mark of FIG. 26;

【図28】 本発明に係る他のウエハマークの説明図FIG. 28 is an explanatory diagram of another wafer mark according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

R レチクル W ウエハ GW,MW ウエハマーク GS,MS 基準マーク 1 投影レンズ IL 照明系 2 He−Neレーザ 5,10 偏光ビームスプリッター 6 λ/4板 7,9 レンズ 8 ミラー 11 受信手段(CCD) 12 LED Ma アライメントマーク Ma1〜Ma3,MW1〜MW3 アライメントマーク 25 ストッパー 30 ストッパー制御装置 R Reticle W Wafer GW, MW Wafer mark GS, MS Reference mark 1 Projection lens IL Illumination system 2 He-Ne laser 5, 10 Polarization beam splitter 6 λ / 4 plate 7, 9 Lens 8 Mirror 11 Receiving means (CCD) 12 LED Ma Alignment mark Ma1-Ma3, MW1-MW3 Alignment mark 25 Stopper 30 Stopper control device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−54918(JP,A) 特開 平2−206706(JP,A) 特開 平4−186717(JP,A) 特開 平2−157844(JP,A) 特開 平4−303914(JP,A) 特開 平4−303915(JP,A) 特開 平2−54103(JP,A) 特開 平1−230233(JP,A) 特開 平4−186716(JP,A) 特公 平1−40491(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/027──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-62-54918 (JP, A) JP-A-2-206706 (JP, A) JP-A-4-186717 (JP, A) JP-A-2-206 157844 (JP, A) JP-A-4-303914 (JP, A) JP-A-4-303915 (JP, A) JP-A-2-54103 (JP, A) JP-A-1-230233 (JP, A) JP-A-4-186716 (JP, A) JP-A-1-40491 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 21/027

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 レチクルと同期のとれた受信手段とウエ
ハとを光学系を介して配置し、双方の相対的位置合わせ
を行う位置合わせ装置において、該ウエハ面上には線幅
の異なる複数のアライメントマークより成るウエハマー
クが複数形成され、更にその面上にはレジストが塗布さ
れており、該アライメントマークの線幅とレジスト表面
の起伏形状に起因する該受信手段への光束の入射位置の
変化による位置計測のずれ量との関係式を記録した記録
手段が設けられており、照明系で照明された該ウエハマ
ークを形成する複数のアライメントマークを該光学系に
より、該受信手段面上に同時又は時間的に隔てて導光さ
せ、該受信手段によって該複数のアライメントマークの
位置情報を同時又は時間的に隔てて抽出し、これを該複
数のウエハマークについて行い、このとき得られた位置
情報と該記録手段に記録された関係式とを用いて、該レ
ジスト表面の起伏に起因する位置ずれ誤差を統計的に求
め、該位置ずれ誤差を参照して該ウエハと該受信手段と
の相対的位置合わせを行ったことを特徴とする位置合わ
せ装置。
1. A positioning apparatus for arranging a receiving means synchronized with a reticle and a wafer via an optical system and performing relative positioning between the receiving means and the wafer, wherein a plurality of lines having different line widths are provided on the wafer surface. A plurality of wafer marks each composed of an alignment mark are formed, and a resist is applied on the surface thereof. A change in the incident position of the light beam to the receiving means due to the line width of the alignment mark and the undulating shape of the resist surface. Recording means for recording a relational expression with a displacement amount of position measurement by the optical system, a plurality of alignment marks forming the wafer mark illuminated by the illumination system are simultaneously recorded on the receiving means surface by the optical system. Or, the light is guided at a time interval, and the receiving unit extracts the position information of the plurality of alignment marks simultaneously or at a time interval, and extracts this information to the plurality of wafer marks. Then, using the positional information obtained at this time and the relational expression recorded in the recording means, a positional deviation error caused by the unevenness of the resist surface is statistically obtained, and the positional deviation error is referred to. A positioning apparatus, wherein relative positioning between the wafer and the receiving means is performed.
【請求項2】 前記複数のアライメントマークは回折格
子より成り、位置合わせ方向と同一又は直交する方向に
配置されていることを特徴とする請求項1記載の位置合
わせ装置。
2. The alignment apparatus according to claim 1, wherein said plurality of alignment marks are formed of diffraction gratings and are arranged in the same direction as or orthogonal to the alignment direction.
【請求項3】 前記複数のアライメントマークのうち1
つのアライメントマークは同一線幅のマークを位置合わ
せ方向に複数個同一ピッチで配列されていることを特徴
とする請求項1記載の位置合わせ装置。
3. One of the plurality of alignment marks.
2. The alignment apparatus according to claim 1, wherein a plurality of alignment marks have the same line width and are arranged at the same pitch in the alignment direction.
【請求項4】 レジストが塗布されたウエハ上の複数の
レリーフ状マークの位置を光学的に検出し、該位置検出
に基づいて該ウエハ上のパターンをマスクの回路パター
ンに対して位置合わせし、該回路パターンを介して該ウ
エハ上のパターンを被うレジストを露光する露光装置に
おいて、前記複数のレリーフ状マークは各々互いに異な
る線幅w1 ,w2 を有する第1,第2位置合わせパター
ンを備えており、該複数のレリーフ状マークのうち1つ
のレリーフ状マークの該第1,第2位置合わせパターン
の各々の位置を同時又は時間的に隔てて光学的に検出
し、第1,第2位置データx1 ,x2 を発生せしめる手
段と、該第1位置合わせパターンの線幅及び位置データ
(w1 ,x1 )と、該第2位置合わせパターンの線幅及
び位置データ(w2 ,x2 )とに基づいて線幅wの関数
x(w)を求め、該関数x(w)により線幅w=0のと
きの位置データx0 を決定することを該複数のレリーフ
状マークについて行う手段とを有し、このとき得られた
複数の位置データの統計的な値に基づいて前記位置合わ
せを行うことを特徴とする露光装置。
4. A method of optically detecting the positions of a plurality of relief marks on a resist-coated wafer, and aligning a pattern on the wafer with a circuit pattern of a mask based on the position detection; In an exposure apparatus for exposing a resist covering a pattern on the wafer via the circuit pattern, the plurality of relief-shaped marks form first and second alignment patterns each having a different line width w 1 and w 2. And optically detecting the positions of the first and second alignment patterns of one of the plurality of relief marks at the same time or at a time interval. position data x 1, means allowed to generate x 2, the line width and the position data of the first alignment pattern (w 1, x 1), the line width and position data of the second alignment pattern (w 2, Performed on a relief-like mark the plurality of that seek function x (w) of the line width w, to determine the position data x 0 when the line width w = 0 by the function number x (w) based on the 2) Means for performing the alignment based on statistical values of a plurality of position data obtained at this time.
【請求項5】 レジストが塗布されたウエハ上の複数の
レリーフ状マークの位置を光学的に検出し、該位置検出
に基づいて、該ウエハ上のパターンをマスクの回路パタ
ーンに対して位置合わせし、該回路パターンを介して該
ウエハ上のパターンを被うレジストを露光し、次いで該
ウエハ上のレジストを現像し、該ウエハから半導体素子
を製造する際、前記複数のレリーフ状マークを各々複数
個の線状パターンで構成し、このうち1つのレリーフ状
マークの該複数個の線状パターンの互いに異なる線幅w
1 ,w2 を有する第1,第2位置合わせパターンの各々
の位置を同時又は時間的に隔てて光学的に検出し、該位
置検出に基づいて該第1位置合わせパターンに対応する
第1位置データx1 と該第2位置合わせパターンに対応
する第2位置データx2 を形成し、該第1位置合わせパ
ターンの線幅及び位置データ(w1 ,x1 )と該第2位
置合わせパターンの線幅及び位置データ(w2 ,x2
とに基づいて線幅wの関数x(w)を求め、該関数x
(w)により線幅w=0のときの位置データx0 を決定
することを該複数のレリーフ状マークについて行い、こ
のとき得られた複数の位置データの統計的な値に基づい
て前記位置合わせを行なうことを特徴とする半導体素子
の製造方法。
5. A method for optically detecting positions of a plurality of relief marks on a resist-coated wafer, and aligning a pattern on the wafer with a circuit pattern of a mask based on the position detection. Exposing a resist covering the pattern on the wafer through the circuit pattern, and then developing the resist on the wafer to produce a semiconductor device from the wafer; Of the plurality of linear patterns of one of the relief-shaped marks.
1, first with w 2, the respective position of the second alignment pattern optically detected apart simultaneously or temporally, the first position corresponding to the first alignment pattern on the basis of the position detection the second form position data x 2 corresponding to the data x 1 and the second alignment pattern, the line width and position data of the first alignment pattern (w 1, x 1) and the second alignment pattern Line width and position data (w 2 , x 2 )
And a function x (w) of the line width w is calculated based on
(W) determining the position data x 0 when the line width w = 0 is performed for the plurality of relief-shaped marks, and the positioning is performed based on the statistical values of the plurality of position data obtained at this time. A method of manufacturing a semiconductor device.
【請求項6】 前記レリーフ状マークは回折格子より成
っていることを特徴とする請求項4記載の露光装置。
6. An exposure apparatus according to claim 4, wherein said relief mark comprises a diffraction grating.
【請求項7】 前記レリーフ状マークは回折格子より成
っていることを特徴とする請求項5記載の半導体素子の
製造方法。
7. The method according to claim 5, wherein said relief mark comprises a diffraction grating.
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